特許6226898IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

ハイブリッド式作業機械に係わり、特に小型の油圧ショベル等のハイブリッド式作業機械

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献1及び2に記載のハイブリッド式建設機械では、エンジン回転数が常に最小燃費が得られるトルクに対応した回転数と一致するように電動機で出力アシストを行うため、出力アシストの頻度が高くバッテリの消費電力が大きい。また、特許文献3に記載のハイブリッド建設機械では、エンジン回転数が常に平均出力時の回転数と一致するように電動機で出力アシストを行うため、こちらも出力アシストの頻度が高くバッテリの消費電力が大きい。特許文献4に記載のハイブリッド式建設機械においても、エンジン回転数が常予め設定される回転数よりも低下すると電動機で出力アシストを行うため、出力アシストの頻度が高くバッテリの消費電力が大きい。このためエンジンとバッテリの両方を小型化することは難しく、これらの技術を小型油圧ショベルに適用することはできなかった。 特許文献5に記載のハイブリッド式建設機械においては、ブーム下げ時又は旋回制動時の回生エネルギーによって電動機を発電機として駆動して発電し、発電した電力をバッテリに蓄電しながら、エンジンが駆動する油圧ポンプの吸収トルクと定格トルクとを比較して油圧ポンプの吸収トルクが定格トルクよりも大きくなったときに電動機で出力アシストを行っている。しかし、ブーム下げ時或いは旋回動作時の慣性エネルギーが非常に小さいミニショベルのような小型の建設機械においては、ブーム下げ時或いは旋回制動時の回生エネルギーによってバッテリの消費電力を回収することは困難である。また、出力アシストを行う状態にあるかどうかを判断する指標として油圧ポンプの吸収トルクを用いているが、油圧ポンプの吸収トルクの正確な取得は難しいばかりでなく、比較対象である実際の定格トルクは標高(気圧)などの環境により変化するため、出力アシストが必要な状態にあるかどうかを正確に判断することはできない。 ここで、ミニショベルのような小型の建設機械では、中型及び大型な建設機械に比べて、旋回フレーム上のスペースが狭いため、中型及び大型な建設機械でみられるようなハイブリット方式を採用することが、レイアイト面で非常に困難である。このためエンジンばかりでなくバッテリ(蓄電装置)も極力小型化することが望まれる。このためこのような小型の油圧ショベルに特許文献5の技術を適用した場合は、バッテリの充電残量が早期に限界値まで減少し、バッテリの充電のために作業を中断する頻度が高くなり、機体の稼働率が低減してしまう。 本発明は、の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ミニショベルのような小型の建設機械において、ハイブリッド方式を採用してエンジンを小型化することにより燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図るとともに、蓄電装置の設置スペースを確保し、かつ蓄電装置が小型であっても蓄電装置の充電残量の早期の減少が抑えられ、蓄電装置の充電のために作業を中断する頻度を低減することにより機体の稼動率を向上できるハイブリッド式作業機械を提供することである。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記エンジンの目標回転数を指示するエンジン回転数指示装置と、前記エンジンの実回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、前記目標回転数と前記実回転数との偏差が増大するにしたがって増大するよう前記エンジンの燃料噴射量を調整するガ・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明によれば、ミニショベルのような小型の建設機械であっても、ハイブリッド方式を採用してエンジンをダウンサイジング(小型化)することにより、燃費の向上、排ガス特性の改善及び騒音の低減を図るとともに、ハイブリッド方式の採用に必須である蓄電装置の設置スペースを確保することができる。また、出力アシスト制御の頻度を少なくし、充電制御の頻度を増加させ、蓄電装置の消費電力を抑えることにより、小型の建設機械の狭いスペースに搭載可能なサイズに蓄電装置を小型化しても充電残量の早期の減少が抑えられ、蓄電装置の充電のために作業を中断する頻度を低減することにより機体の稼動率を向上できる。
また、蓄電装置の充電率が最小充電率以下に低下した場合に、蓄電装置の急速充電を行うことができるとともに、油圧ポンプの出力低下(作業機械の作業量の低下)を押さえ、機体の稼動効率の低下を抑制することができる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の一実施の形態に係る油圧ショベルの外観を示す図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る油圧ショベルのハイブリッド駆動システムを示す図である。

【図3】エンジンコントローラが燃料噴射量を演算するときに用いる燃料噴射量特性を示す図である。

【図4】図3に示すように燃料噴射量が制御されたときのエンジンの出力トルク特性を示す図である。

【図5】ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。

【図6】ポンプレギュレータのトルク制御部の機能を示すポンプトルク特性図である。

【図7】油圧系のコントロールバルブと複数の油圧アクチュエータのうち、左右の走行用油圧モータに係わる油圧回路部分を示す図である。

【図8A】従来の一般的なミニショベルの油圧ポンプのPQ特性(馬力特性)と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図8B】同ミニショベルのエンジン出力馬力特性と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図8C】従来の一般的なミニショベルのエンジンの出力トルク特性を示す図である。

【図9A】本発明の一実施の形態におけるミニショベルの油圧ポンプのPQ特性(馬力特性)と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図9B】エンジンと発電・電動機とを組み合わせたハイブリッド駆動システムの出力馬力特性と代表的な出力使用範囲との関係を示す図である。

【図9C】本発明の一実施の形態におけるエンジンと発電・電動機とを組み合わせたハイブリッド駆動システムの出力トルク特性を示す図である。

【図10】本発明の基本構成に係る車体コントローラのアシスト制御及び充電制御に係わる処理手順を示すフロー図である。

【図11】目標回転数とエンジン出力馬力及び最大馬力回転数との関係を示す図である。

【図12A】アシスト制御によるシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図12B】バッテリ充電制御によるシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図13A】アシスト制御によるシステム出力馬力の変化を示す図である。

【図13B】バッテリ充電制御によるシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図14A】アイソクロナス制御を採用した場合のエンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係を示す図である。

【図14B】アイソクロナス制御を採用した場合のエンジン回転数とエンジン出力馬力との関係を示す図である。

【図15】参考例に係る車体コントローラのアシスト制御及び充電制御に係わる処理手順を示すフロー図である。

【図16A】参考例における急負荷投入時のエンジン回転数とシステム出力トルクの変化を示す図である。

【図16B】参考例における急負荷投入時のエンジン回転数とシステム出力馬力の変化を示す図である。

【図17】本発明の一実施の形態における油圧ショベルのハイブリッド駆動システムを示す図である。

【図18】ポンプレギュレータの構成の詳細を示す図である。

【図19】ポンプレギュレータのトルク制御によるポンプトルク特性図である。

【図20】本実施の形態における車体コントローラの制御機能を示すフロー図である。

【図21A】比較例として、ポンプ減トルク制御だけで急速充電制御を行った場合の油圧ポンプの最大吸収トルクの変化(減トルク量)を示す図である。

【図21B】ポンプ減トルク制御だけで急速充電制御を行う場合の減トルク量と、そのときのバッテリ33の急速充電の発電トルクとして使用されるエンジン11の余剰トルクと作業に使用可能な最大トルクの配分を示す図である。

【図22A】本実施の形態においてエンジン回転数低下制御とポンプ減トルク制御によって急速充電制御を行う場合の油圧ポンプ21の最大吸収トルクの変化(減トルク量)を示す図である。

【図22B】本実施の形態において必要となる減トルク量と、そのときのエンジン11の余剰トルクと作業に使用可能な最大トルクの配分を示す図である。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

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